ARAŞTIRMA MAKALESİ /RESEARCH ARTICLE

Transkript

1 ANADOLU ÜNİVERSİTESİ BİLİM VE TEKNOLOJİ DERGİSİ ANADOLU UNIVERSITY JOURNAL OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Cilt/Vol.:8-Sayı/No: 2 : (2007) ARAŞTIRMA MAKALESİ /RESEARCH ARTICLE 1-(N-para-İYODO-orto-METİLFENİLİMİNOMETİL)-2-NAFTOL ÜN SENTEZİ Murat GÜNDÜZ 1, Sevim BİLGİÇ 2 ÖZ Bu çalışmada 2-hidroksi-1-naftaldehit ve o-ch 3 anilinden hazırlanan Schiff bazı (1) iyot sübstitüe Schiff bazını sentezlemek amacıyla doğal zeolit klinoptilolit katalizörlüğünde iyot ile reaksiyonu gerçekleştirilmiştir. Reaksiyon karışımı toluen içerisinde 100 o C de refluks edilmiş ve reaksiyon İTK (İnce Tabaka Kromatografisi) kontrolü yapılarak gerçekleştirilmiştir. Reaksiyon 24 saat sonra durdurulmuş ve ürün (2) preparatif İTK ile izole edilerek etanolde saflaştırılmıştır. Reaksiyon ortamının ph ı 5.0 olarak belirlenmiştir. İzole edilen ürünün yapısı, elementel analiz, IR, UV, 1 H-NMR, 13 C-NMR ve Kütle Spektroskopisi ile tayin edilmiştir. Reaksiyon koşullarında iyot, naftolik Schiff bazının (1) fenil halkasına sübstitüe olmuştur. Anahtar Kelimeler: Schiff bazı, İyot Sübstitüsyonu, Zeolit, Elektrofilik, Halojenleme. THE SYNTHESIS OF 1-(N-para-IODO-orto-METHYLPHENYLIMINOMETHYL)- 2-NAPHTHOL ABSTRACT In this work the Schiff bases prepared from 2-hydroxy-1-naphtaldehyde and o-ch 3 aniline are reacted with iodine in the catalysis of clinoptilolite (natural zeolite) in order to synthesize (1) iodine substituted Schiff bases. The reaction mixture is refluxed at 100 C in toluene and controlled by TLC. The reaction was stopped after 24 hours. The reaction medium ph was 5.0. The product (2) is isolated after several preparative TLC purifications and crystallization from ethanol. The isolated product structure is determined by elemental analysis, IR, UV, 1 H-NMR, 13 C-NMR and Mass spectroscopy. Under our reaction conditions it s found that the iodine is substituted to the phenyl ring of the naphtholic Schiff base (1). Key words: Schiff bases, Iodine substitution, Zeolite, Electrophilic, Halogenation. 1, Eskişehir Osmangazi Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi Kimya Bölümü, 26480, Eskişehir. 2, Eskişehir Osmangazi Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi Kimya Bölümü, 26480, Eskişehir. Geliş: 22 Ağustos 2006; Düzeltme: 26 Temmuz 2007; Kabul: 04.Ekim 2007

2 GİRİŞ Zeolit doğal ya da yapay, kristal yapılı, sulu alümino silikat bileşiklerine verilen genel bir isimdir. Zeolitler 250 yıldan daha fazla zamandan beri bilinmelerine rağmen, birçok alandaki teknolojik nemleri ancak 20. yüzyıl ortalarında bilim adam-larının dikkatini çekmiştir (Mumpton, 1996, Vaughan, 1995, Hanson, 1995, Colella vd., 1991, Liberti vd., 1995). Günümüzde yaklaşık 40 kadar doğal zeolit ve 150 den fazla sentetik zeolit bilinmek-tedir. Zeolitler, gazların ve sıvıların adsorbsiyonu, iyon değiştirme ve reaksiyonları katalizleme olmak üzere 3 önemli özelliğe sahip olmalarından dolayı endüstriyel alanda oldukça etkin bir yere sahiptirler (Harvey vd., 1993; Colella, 1996). Ayrıca tarımda, veteriner ilaçlarında, çevre korumada, tıpta ve biyolojik uygulamalarda da çok önemli uygulamaları bilinmek-tedir. Zeolitler, düzenli gözenek yapılarından dolayı organik sentezlerde reaksiyon kontrolü için çok yararlıdır (Holderich vd., 1998). Bu nedenle organik kimyacılar değişik zeolitleri kullanarak yeni sentez olasılıklarını araştırmaktadırlar. Klinoptilolit en çok bilinen değil ama en yararlı olan doğal bir zeolitttir. Basit formülü (NaK) 6- Si 30 Al 6 O 72.nH 2 O olup yaygın bir kullanım alanı vardır. İyodoarenler, ilaç ve biyokimyada geniş uygulamalarla değerli ve çok yönlü sentetik ara ürünlerdir (Olah vd., 1993). Ayrıca, organik sentezlerde yaygın olarak kullanılan uygun bileşiklerdir (Farina, 1995). Aromatik iyotlamada kullanılan yaygın metot-lar, çok zehirli ağır metal bileşikleri ve mineral asitler kullanılarak gerçekleştirilmektedir (Merkushev, 1988). Ayrıca bu reaksiyonlar, reaksiyon seçiciliği kontrolüne izin vermez. Zeolitlerin, halojen içeren elektrofilik aromatik sübstitüsyon reaksiyonlarında seçiciliği arttır-dığı yapılan çalışmalarda bildirilmiştir (Ratnasamy vd., 1996). Aromatik bileşiklerin iyotlanmasında zeolitlerin kullanılması literatürde rapor edilmiştir (Papavatta ve Saetti, 1986, Jap. Pat. 1982, Zubkov ve Shubin, 1995). 2. DENEL BÖLÜM Erime noktası, Electrothermal melting point cihazı ile tayin edilmiştir. UV spektrumu Unicam UV2-100 / Visible Spectrometer (Osmangazi Üniver-sitesi, Fen Edebiyat Fakültesi Kimya Bölümü), IR spektrumu Bruker FT-IR Tensor 27 (Osmangazi Üniversitesi, Fen Edebiyat Fakültesi Kimya Bölümü), 1 H-NMR ve 13 C- NMR spektrumları Bruker 400 MHz(ODTÜ, Fen Edebiyat Fakültesi Kimya Bölümü), Kütle spektrumu (LS/MS-APCI), Agilent 1100 MSD (Tübitak, Ankara) cihazları ile alınmıştır. Elementel analizi ise LECO CHNS 932 (Tübitak, Ankara) cihazı ile yapılmıştır. İnce tabaka kromatografisi için Merck Kieselgel (60 HF 254 ) kullanılmıştır. Analitik çalışmalar için plaka kalınlığı 0.25 mm, preperatif çalışmalar için plaka kalınlığı 0.75 mm alınmıştır. Anadolu Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi, 8 (2) Bu çalışmada 2-hidroksi-1-naftaldehit ve o-ch 3 anilinden Sawich ve çalışma grubunun (1956) yöntemiyle hazırlanan Schiff bazı (1) (1.305 g, 5 mmol), susuz toluen (150 ml) içerisinde çözülmüş ve hazırlanan çözeltiye I 2 (1.270 g, 5 mmol) ilave edilmiştir. Daha sonra doğal bir zeolit olan klinoptilolit (10 g, 700 o C de kurutulmuş) katalizörlüğünde, yağ banyosunda (100 o C), geri soğutucu altında 24 saat süreyle reaksiyon gerçekleştirilmiştir. Belli aralıklarla İTK (SiO 2 /toluen) kontrolü yapılarak Schiff bazının tamamen reaksiyona girip girmediği gözlenmiştir. Reaksiyon ortamının ph ı yaklaşık 5.0 olarak belirlenmiştir. CH OH 1-(N-orto-metilfeniliminometil)-2-Naftol (1) Elde edilen süzüntü %10 luk Na 2 S 2 O 3 ile yıkandıktan sonra toluen çözeltisi susuz Na 2 SO 4 ile kurutulmuştur. Toluenin vakumda uçurulmasından sonra ham ürün preparatif İTK (SiO 2 /toluen) ile ayrı-larak elde edilen ürün (2) etil alkolde saflaştırılmıştır. CH OH 1-(N-para-iyodo-orto-metilfeniliminometil)-2-Naftol (2) İzole edilen ürünün yapısı (2), elementel analiz, IR, UV, 1 H-NMR, 13 C-NMR ve Kütle Spektroskopisi ile tayin edilmiştir. Verim: % 38.60; e.n.: 134 o C; Elementel Analiz: Hesaplanan: %C 55.83, %H 3.64, %N 3.62, Gözlenen: %C 56.40, %H 4.55, %N 3.34; Kütle Spektrumu: M + : 388.0; IR (KBr), (cm -1 ): 3451 (H bağlı-oh), 1616 (- CH=N-), (Aromatik yapı), 740 (ortosübstitüsyon); UV (EtOH), (nm): 288.0, 322.0, 360.0, 445.2, 466.0; 1 H-NMR (CDCl 3 ), δ (ppm): 2.42 (3H, s, -CH 3 ), 7.03 (1H, J 5,6 =8.0 Hz, 6 -H), 7.11 (1H, d, J 3,4 =9.0 Hz, 3-H), 7.35 (1H, t, J 5,6 =J 6,7 =8.0 Hz, 6-H), 7.53 (1H, t, J 6,7 =J 7,8 =7.0 Hz, 7-H), 7.63 (1H, d, J 5,6 =9.0 Hz, 5 -H), 7.64 (1H, s, 3 -H), 7.68 (1H, d, J 7,8 =8.0 Hz, 8-H), 7.82 (1H, d, J 5,6 =9.0 Hz, 5-H), 8.11 N N H 3 C H 3 C I

3 Anadolu University Journal of Science and Technology, 8 (2) 451 (1H, d, J 3,4 =9.0 Hz, 4-H), 9.32 (1H, s, CH=N), (1H, s, -OH); 13 C-NMR (CDCl 3 ), (ppm): (-CH 3 ), (4 -C, iyot sübstitüe), (1-C), (3- C), (6 -C), (6-C), (8-C), (7-C), (4a-C), (5-C), (2 -C), (8a-C), (4-C), (5 -C), (3 - C), (1 -C), (CH=N), (2-C). 3. SONUÇLAR VE TARTIŞMA Bu çalışmada, Naftolik Schiff bazıyla (1) doğal zeolit klinoptilolit katalizörlüğü varlığında, elektrofilik aromatik iyotlama reaksiyonu gerçekleştirilerek, yeni bir sentez yöntemi geliştirmek amaçlanmıştır. Naftolik Schiff bazlarının daha önce yapılan çalışmalarda, DMSO içinde I 2 /H 2 SO 4 ile reaksiyona girdirildiğinde iyodun fenil halkasına sübstitüe olduğu gözlenmiştir (Özöğüt, 1998; Karakoç, 2003). Zeolit katalizörlüğünde yapılan iyotlama reaksiyonunda, o-ch 3 Schiff bazı (1) tek bir ürün (2) vermiştir. Ürünün kütle spektrumu (Şekil 1) da moleküler iyon piki vermiştir. Kapalı formülü C18H14NOI tür. Elementel analiz sonuçları ise, %C 55.83, %H 3.64, %N 3.62 bulunan değerler olup, hesaplanan değerler %C 56.40, %H 4.55, %N 3.34 dür. Ürünün IR spektrumunda, 3451 cm -1 de naftolik - OH grubu, 1616 cm-1 de azometin (-CH=N-) titreşim frekansı, cm -1 de aromatik yapı, 740 cm - 1 de orto-sübstitüsyonun varlığını desteklemiştir (Şekil 2). Ürünün UV spektrumunda, 288.0, 360.0, ve nm de absorpsiyon maksimumları gözlenmiştir (Şekil 3). Asidik ortamdaki UV spektrumunda ve nm de, bazik ortamdaki UV spektrumunda da ve nm de absorpsiyon maksimumları gözlenmiştir. Asidik ve bazik ortamdaki UV spektrumlarında ve nm deki küçük pikler yok olmuştur. İzole edilen maddenin (2) 13 C-NMR spektrumunda 10 tane CH, 7 tane C ve 1 tane -CH 3 sinyali gözlenmiştir (Şekil 4). Fenil halkasındaki iyotun bağlandığı aromatik karbon, aromatik bölge spektrumunda en sağda gelmelidir. İyotun, fenil halkasındaki C-4 karbonuna sübstitüe olduğu ppm deki sinyalden anlaşılmıştır. 13 C-NMR teorik hesaplamaları için ChemOffice 2004 programından yararlanılmıştır. Hesaplanan değerler Tablo 1 de parantez içinde gösterilmiştir ppm deki sinyal -CH 3 karbonuna; ppm de gözlenen sinyal ise azometin (-CH=N-) karbonuna ait olarak işaretlenmiştir. Hidrojen iyonu içermeyen C-1, C-2, C-4a, C-8a, C-1, C-2 ve C-4 karbonlarına ait 7 küçük pik sırasıyla , , , , , ve 90,76 ppm de gözlenmiştir , , , , ve ppm deki -CH sinyallerinin sırasıyla naftalen halkasındaki C-3, C-4, C-5, C-6, C-7 ve C-8 karbonlarına ait olduğu anlaşılmıştır. Geri kalan , ve ppm deki sinyaller de C-3, C-5 ve C-6 karbonlarına ait olarak işaretlenmiştir. Ürünün (2) 1 H-NMR spektrumunun 13 C-NMR spektrumuyla uyum içinde olduğu görülmüştür (Şekil 5). Teorik hesaplamalar ChemOffice 2004 programı ile yapılmıştır. Hesaplanan değerler Tablo 2 de parantez içinde gösterilmiştir ppm deki 1-protonluk singletin naftolik -OH protonuna; 9.32 ppm deki 1- protonluk singletin azometin (-CH=N-) protonuna ve 2.42 ppm deki 3-protonluk singletin ise -CH 3 protonlarına ait olduğu anlaşılmıştır. Aromatik bölgenin genişletilmiş 1 H-NMR spektrumundan (Şekil 6) aromatik protonlar işaretlenmiştir. 8.11, 7.82, 7.68 ve 7.11 ppm deki 1 H lık dubletler sırasıyla H-4 (J3,4=9.0 Hz), H-5 (J5,6=9.0 Hz), H-8 (J7,8=8.0 Hz) ve H-3 (J3,4=9.0 Hz) protonlarına ait olarak işaretlenmiştir. Fenil halkasındaki H-3 protonuna ait 1-protonluk singlet 7.64 ppm de gözlenmiştir ve 7.35 ppm deki 1 H lık tripletler H-7 (J 6,7 =J 7,8 7.0 Hz) ve H- 6 (J 5,6 =J 6,7 8.0 Hz) protonlarına; geriye kalan 7.63 ve 7.03 ppm deki 1 er protonluk dubletler ise sırasıyla H- 5 (J5,6 =9.0 Hz) ve H-6 (J5,6 =8.0 Hz) protonlarına ait olduğu anlaşılmıştır. Halojenlerin, zeolit katalizörlüğünde seçici olarak para- konumunu tercih ettiği literatürde bilinmektedir. Ürünün (2) 1 H-NMR spektrumu değerlendirmeleri, elektrofilik aromatik iyot sübstitüsyonunun, fenil halkasının parakonumuna gerçekleştiğini göstermiştir (Şekil 6). Bu sonuç da literatür bilgilerini destekleyici niteliktedir (Young vd., 1982; Miyake vd., 1986; Ratnasamy vd., 1996). Yukarıdaki spektroskopik veriler ve kimyasal analiz sonuçlarından, iyot sübstitüe bileşiğin 1-(N-paraiyodo-orto-metilfeniliminometil)-2-Naftol (2) olduğu anlaşılmıştır a a 1 2 1' 4' CH N I OH H 3 C 2' 3' 1-(N-para-iyodo-orto-metilfeniliminometil)-2-Naftol (2) 6' 5'

4 452 Anadolu Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi, 8 (2) Şekil 1. 1-(N-para-iyodo-orto-metilfeniliminometil)-2-naftol (2) ün Kütle Spektrumu.

5 Anadolu University Journal of Science and Technology, 8 (2) 453 Şekil 2. 1-(N-para-iyodo-orto-metilfeniliminometil)-2-naftol (2) ün IR Spektrumu (KBr). Şekil 3. 1-(N-para-iyodo-orto-metilfeniliminometil)-2-naftol (2) ün UV Spektrumu (Etanol). Şekil 4. 1-(N-para-iyodo-orto-metilfeniliminometil)-2-naftol (2) ün 13 C-NMR Spektrumu (CDCl 3 ).

6 454 Anadolu Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi, 8 (2) Şekil 5. 1-(N-para-iyodo-orto-metilfeniliminometil)-2-naftol (2) ün 1 H-NMR Spektrumu (CDCl 3 ). Şekil 6. 1-(N-para-iyodo-orto-metilfeniliminometil)-2-naftol (2) ün 1 H-NMR Spektrumu (Aromatik Bölge Genişletilmiş).

7 Anadolu University Journal of Science and Technology, 8 (2) 455 Gerçekleştirilen elektrofilik aromatik iyotlama reaksiyonlarında sübstitüe olan iyotun, fenil halkasının bağlı olduğu azometin (-CH=N-) grubunun konumuna göre, fenil halkasına para konumuna bağlandığı gözlenmiştir. Bu sonuçlara göre; yönlendirmede etkili olan grubun azometin grubu olduğu, naftalen halkasındaki - OH grubunun fenil halkasına sübstitüe olacak grubun yönlenmesini etkilediği ve fenil halkasında bağlı bulunan ikinci sübstitüentin ise (-CH 3 ) yönlenmeye katkısının çok az olduğu anlaşılmıştır. Eğer iyot sübstitüsyonunda fenil halkasındaki -CH 3 grubu etkili olsaydı, iyot azometin grubuna göre fenil halkasına meta konumundan bağlanması gerekirdi. KAYNAKLAR Colella, C., Pansini, M. ve de Gennaro, M. (1991). The State of the art of the research on the use of Itallian zeolite tuffs in molecular sieving, energy storage, catalysis, cement manufacture and zootechny. L Industria Mineraria Colella, C. (1996). Ion Exchange equilibria in zeolite materials. Mineralium Deposita 31 (6), Farina, V. (1995). In Comprehensive Organometallic Chemistry II, Abel, E. W., Stone, F. G.-A., Wilkinson, G., Eds., Pergamon Pres:Oxford, Vol.12, ss Hanson, A. (1995). Natural Zeolites. Many merits, meagre markets, Industrial Minerals p Harvey, R.B., Kubena, L.F. ve Phillips, T.D. (1993). Evaluation of aluminsilicate compounds tu reduce aflatoxin residues and toxicity to poultry and livestock: a review report. Science of Total Environment (Suppl Pt2), Holderich, W., Hesse, M. ve Naumann, F. (1998). Angew. Chem., Int. Ed. Engl., 27. Jap. Pat. (1982), Kale, S.M. (2002). Doctor of Philosophy (In Chemistry). Halogenation and Isomerization Reactions of Aromatic over K-L, H-Beta and H- ZSM-5 Zeolite Catalysts. University of Pune Catalysis Division National Chemical Labortory, India. Karakoç, N. (2003). Doktora Tezi, 1-(N-o-,m-,pmetoksifeniliminometil)-2-Naftol ün DMSO-I 2 - H 2 SO 4 ile Elektrofilik Aromatik Sübstitüsyonu. Osmangazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Eskişehir. Liberti, L., Lopez, A., Amicarelli, V. ve Boghetich, G. (1995). Ammonium and phosphate removal from wastewater using clinoptilolite: a review of the RIM-NUT process, Natural Zeolites 93: occurence, properties, use, New York. Olah, G.A., Wang, Q., Prakash, G.K. (1993). Synthesis, 32. Ratnamasy, P., Singh, A.P. and Sharma, S. (1996). Applied Catalysis A Merkushev, E.B. (1988). Russ. Chem. Rev. (Eng. Transl.) 53, 343. Miyake, T., Sekizawa, K., Hironaka, T., Nakano, M., Fujii, S. ve Tsutsumi, Y. (1986). Stud. Surf. Sci. Catal. 28:747. Mumpton, F.A. (1996). The Natural Zeolite Story İn: De Frede (Ed.), Attidel 3rd Congresso Nazionale AIMAT, ss. XXXI-LXIV. Özöğüt, D. (1998). Doktora Tezi, Fenil Substitüe Naftolik Schiff Bazlarının DMSO-I 2 H 2 SO 4 ile Elektrofilik Aromatik İyot Sübstitüsyonu. Osmangazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Eskişehir. Papavatta, G. ve Saetti, M. (1986). Eur. Pat Sawich, A. ve Zetensow, J.V. (1956). Spit Syn, I., Astron Fiz. Khim. No.1, ss233. Vaughan, D.E.W. (1995). Natural zeolites: occurence, properties, use, Properties of Natural Zeolites, Pergamon Pres, Oxford. Young, L.B., Butter, S.A., Kaeding, W. ve Young, W. (1982). J. Catal. 76:418. Zubkov, E.A. and Shubin, V.G. (1995). Interneat. Symp. on Zeolites in China, Nanjing, Procedings, Murat GÜNDÜZ, 1974 yılında Eskişehir de doğdu. İlk ve orta öğretimini aynı şehirde tamamladı yılında Anadolu Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi Kimya Bölümünden mezun oldu yılında Yüksek Lisansını, 2006 yılında ise Organik Kimya Anabilim Dalında doktorasını Osman-gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü nde tamam-ladı yılından bu yana Osmangazi Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi Kimya Bölümünde Araştırma Görevlisi olarak görev yapmaktadır. Evli ve iki çocuk babasıdır. Sevim BİLGİÇ, 1947 Konya-Ereğli de doğdu. Lisans eğitimini 1970 de, Yüksek Lisansını da 1973 de ODTÜ de tamamladı. Doktorasını 1978 de Sussex Üniversitesi nde tamamladı de Doçent, 1990 da Profesör oldu. Halen Osmangazi Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi Kimya Bölümünde öğretim üyesi olarak çalışmaktadır. Evli ve iki çocuk annesidir.